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信噪比无线电,无线电通信的定义和应用
你和你的伴侣去吃早餐。另一对夫妇在餐厅里。你们两个之间的谈话很容易。等到甜点上桌时，餐厅和酒吧区已经快满了。对话现在很困难。你发现自己对你的伴侣大喊大叫以便被理解。发生的事情是背景（环境）噪声水平升高，为了保持通信，您必须通过提高音量（更多信号功率）来补偿，以保持对话语音水平以应对增加的噪声水平（更多噪声水平功率） . 这与射频 (RF) 世界中发生的情况相同，在射频 (RF) 世界中，信号是您的无线电信号，噪声是大气、电或其他干扰性无线电信号。
信噪比 (SNR) 是将所需信号的电平与背景噪声电平进行比较的品质因数。它被计算为信号功率与噪声功率之比。SNR 以 dB（分贝）表示。
SNR(dB) = 10*LOG[ 以瓦特为单位的信号功率/以瓦特为单位的噪声功率]
对于响亮的信号，您可以通过 S 表粗略计算 SNR。如果接收到的 CW 信号为 S9，而仪表在没有信号的情况下读数为 S7，则 SNR 为 12dB（通常每个 S 单位为 6dB）。假设此信号是通过 2400 Hz 的宽接收器滤波器带宽接收的。现在应用窄 500 Hz CW 滤波器。噪声读数应降至 S6 以下，改善 6.8dB。这是两个带宽的比率。窄带宽滤除更多噪声，从而提高您的 SNR。SNR 现在为 18.8 dB。但请注意，感兴趣的信号仍必须完全通过滤波器。将标称 2300Hz 宽的 SSB 信号通过 500Hz 滤波器会使信号难以理解。
10*LOG[2400 赫兹/500 赫兹] = 6.81 分贝
噪声遍布整个无线电频谱。它可以由天线接收到的外部噪声（RF 信号 < 30MHz、HF 的常见情况）或接收系统添加的内部噪声（信号 >30MHz、VHF、UHF 的常见情况）主导。
从图 1 中，您可以看到噪声是一种宽带信号，要测量其功率，我们必须指定测量它的带宽，称为噪声带宽 (NBW)。
图 1：不同 SNR 的比较。信号功率（红色）与接收带宽（蓝色）中的噪声功率进行比较
SSB 信号通常通过 2600 Hz 或 2400 Hz 滤波器接收。在整个业余无线电社区，2500 Hz 已被用作比较模式接收能力的品质因数。我指的模式是指 SSB、CW、RTTY、JT65 等。每种模式的使用各有利弊。例如，SSB 是一个 2300 Hz 宽的信号。如果你放入更小的滤波器，除了降低噪声能量之外，你还开始损失信号能量。这种信号丢失将很快使 SSB 信号变得难以理解。带宽成为 SSB 模式的限制因素。
CW 是一个窄得多的信号。常用的滤波器包括 2400Hz、500Hz、250Hz 和 100Hz。使用 DSP（数字信号处理），您甚至可以缩小范围。
本质上，这就是所有新的 DSP 调制方案正在做的事情。他们正在使用 DSP 来缩小噪声带宽，使其尽可能紧贴信号。除此之外，他们还对信号进行编码。编码意味着他们正在输入冗余信息和/或减少解码信号的字母表或已知结果*1 。编码改进了给定 SNR 下信号的数据恢复。编码信号的范围超出了本讨论范围。
专注于 HF 业余通信的 DXer 专注于远距离、通常微弱的信号。不同的调制模式固有地对弱信号具有不同的性能。让我们看一下用于 DXing 的一些常见模式。在业余无线电文献中，通常以相对于 2500 Hz 带宽中的噪声的 dB 表示 SNR 性能，即听到和解码微弱信号的能力。这就是我们在图 2 中显示的内容。
图 2：SNR 性能参考 2500 Hz 的随机复制 SSB 信号
如图 2 所示，临时 SSB 通信需要 6dB SNR。一个几乎无法理解的 SSB 信号（识别您的呼叫并获取信号报告）将是 0 db SNR。请注意，当我们进行这些 SNR 比较时，它是在一个清晰的信道上。没有 QRM，没有静态崩溃，没有褪色。为了补偿这些信道特性，我们需要更高的 SNR。
查看图 2，我们看到对于随意的 CW 操作，信号可以低 11 dB 或 -5 dB SNR，以获得与随意 SSB 相同的清晰度。但是-5 db 是什么意思？这是否意味着信号低于噪声？你怎么能听到！请记住，这是相对于 2500 Hz 带宽而言的。您通常会点击 500 Hz 滤波器，现在 -5dB 变为 1.8dB。这足以复制 CW。还是太吵了？单击 250 Hz 滤波器，现在 SNR=4.8dB。
在图 3 中，我们参考 100Hz 滤波器重新计算了数据。在 2500 Hz 时具有 -5 db SNR 的 CW 信号现在具有 9dB 的 SNR。对于耳朵很好的 DXer 来说，他们试图确认他们的呼叫和信号报告，他们可以降低到 -1dB SNR（大脑在信号上做一些它自己的 DSP）。此外，当您只是在寻找您的呼叫和返回的信号报告时，您实际上是在减少字母表 - 并获得一些解码优势。有关哪些 CW SNR 可复制的讨论，请参阅W2RS 的 Ray Soifer 撰写的人耳的弱信号能力。
图 3：参考 100 Hz 最小复制 CW 信号的 SNR 性能
为了获得更好的 SNR 性能，您需要使用其中一种 DSP 模式。JT65 1最初是为信号非常微弱的 EME 通信而开发的。JT65A 已作为 JT65-HF 2适用于 HF 。从图 2 中您可以看到，如果您的 JT65A SNR 报告为 -15 或更低，您接收到的信号对于传统 CW 接收来说太弱了。使用 JT65，您可以将信号接收增加 9 分贝 (24-15)。使用此模式时请注意，它永远不会报告大于 -1dB 的信号。该软件限制了此级别强信号的报告。这可以追溯到 JT65 最初设计的目的：EME。编写的 DSP 代码不知道如何处理正 SNR 信号3. 根据我的经验，任何报告为 -10 或更大的东西都是可疑的 SNR。
WSPR 4不是双向通信模式，而是Beacon 模式。窄 DSP 过滤和编码将低信号接收再增加 8 分贝。
JT9是在JT65 5之后开发的。它与 JT65 类似，但更窄且性能更好。与 JT65 不同，它专为高频操作而设计。它将报告正 SNR。
FT8 是最近开发的，用于减轻 6 米范围内的 Sporadic-E 通信期间的衰落，但它已被 HF 和 VHF 频谱的 Ham Radio 社区广泛接受。
注意：
*1想一想您学习摩尔斯电码的时间。您可能首先学习了字母，然后是数字。当你只拿字母测试时，它更容易，字母表在没有数字的情况下减少了。您不必担心将 B 与 6 混淆。
参考文献：
1 EME with JT65
2 JT65-HF
3 JT65A max SNR -1dB
4 WSPR
5 JT9
ACRONYMS
SSB=Single Sideband，窄带语音通信模式
CW=Continuous Wave， a 摩尔斯电码通信模式
HF=高频无线电频谱，3 至 30 MHz
VHF=甚高频无线电频谱，30 至 300 MHz
UHF=超高频无线电频谱，300MHz 至 3 GHz
RTTY=无线电电传通信模式
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